Was ist ein Nukleon? Protonen und Neutronen
Autor: Redaktion Domeny.ForSale Veröffentlicht
Kurz erklärt: Nukleon ist der gemeinsame Oberbegriff für Protonen und Neutronen – die Teilchen, aus denen Atomkerne bestehen. Die Anzahl der Nukleonen im Kern ist die Summe der Protonen und Neutronen und wird Massenzahl genannt. Elektronen sind keine Nukleonen.
Proton und Neutron – zwei Arten von Nukleonen
Das Proton trägt eine positive elektrische Ladung, das Neutron ist elektrisch neutral. Ihre Massen sind sehr ähnlich, wobei das Neutron etwas schwerer ist als das Proton. Beide Teilchen sind etwa 1800-mal schwerer als das Elektron, das negativ geladene Teilchen, das sich im Atom außerhalb des Kerns befindet.
| Teilchen | Elektrische Ladung | Ist es ein Nukleon? |
|---|---|---|
| Proton | Positiv | Ja |
| Neutron | Null | Ja |
| Elektron | Negativ | Nein |
Mit dem Begriff „Nukleon“ lassen sich Protonen und Neutronen gemeinsam bezeichnen, wenn der Unterschied zwischen ihnen keine Rolle spielt, etwa beim Zählen der Kernbestandteile. Er bezeichnet keine dritte Teilchenart neben Proton und Neutron.
Ein Proton oder Neutron bleibt auch dann ein Nukleon, wenn es sich außerhalb eines Atomkerns befindet. Der Name bezeichnet die Teilchenart, nicht nur ihren Aufenthaltsort.
Wie zählt man die Nukleonen im Kern?
Die Zusammensetzung eines Kerns wird mit drei Größen beschrieben: Z ist die Ordnungszahl, also die Anzahl der Protonen, N die Anzahl der Neutronen und A die Massenzahl, also die Gesamtzahl der Nukleonen. Ihr Zusammenhang ist einfach:
A = Z + N
Wenn du Massenzahl und Ordnungszahl kennst, kannst du die Neutronenzahl mit der Formel N = A − Z berechnen. Die Anzahl der Elektronen spielt bei keiner dieser Berechnungen eine Rolle.
Der Kern von Kohlenstoff-12 enthält beispielsweise 6 Protonen und 6 Neutronen. Er hat also 12 Nukleonen. Der Kern von Kohlenstoff-14 enthält ebenfalls 6 Protonen, aber 8 Neutronen. Seine Nukleonenzahl beträgt deshalb 14.
In der Schreibweise ¹⁴₆C steht die obere Zahl für die Massenzahl A und die untere für die Ordnungszahl Z. So liest du daraus die Zusammensetzung des Kerns ab:
- Lies die Anzahl der Protonen ab: Z = 6.
- Ziehe Z von A ab, um die Anzahl der Neutronen zu bestimmen: 14 − 6 = 8.
- Die Gesamtzahl der Nukleonen entspricht A = 14.
Die Massenzahl ist nicht dasselbe wie die Masse eines Atoms. Sie zählt Teilchen, ist daher ganzzahlig und hat keine Einheit. Die im Periodensystem angegebene Atommasse berücksichtigt in der Regel die Isotopenzusammensetzung des Elements. Du solltest sie nicht einfach runden, um die Zusammensetzung eines bestimmten Kerns zu bestimmen.
Was haben Nukleonen mit Elementen und Isotopen zu tun?
Die Anzahl der Protonen bestimmt, um welches Element es sich handelt. Jeder Kern mit 6 Protonen ist ein Kohlenstoffkern, jeder Kern mit 8 Protonen ein Sauerstoffkern. Ändert sich die Protonenzahl, ändert sich auch das Element.
Isotope sind Varianten desselben Elements mit gleicher Protonenzahl, aber unterschiedlicher Neutronenzahl. Kohlenstoff-12 und Kohlenstoff-14 sind somit Isotope des Kohlenstoffs. Die unterschiedliche Neutronenzahl kann die Stabilität des Kerns beeinflussen: Kohlenstoff-12 ist stabil, Kohlenstoff-14 dagegen zerfällt radioaktiv.
Nicht jeder Kern enthält beide Arten von Nukleonen. Der Kern des häufigsten Wasserstoffisotops, Wasserstoff-1, besteht ausschließlich aus einem einzigen Proton. Er hat ein Nukleon und keine Neutronen.
Was hält Nukleonen zusammen?
Positiv geladene Protonen stoßen sich elektrisch ab. Dennoch können Kerne durch die Kernwechselwirkung zwischen den Nukleonen zusammengehalten werden. Diese ist eine Erscheinungsform der starken Wechselwirkung und wirkt über sehr kurze Entfernungen, die mit der Größe von Atomkernen vergleichbar sind.
Neutronen nehmen an dieser Wechselwirkung teil, ohne die elektrische Abstoßung zwischen den Protonen zu verstärken. Das bedeutet jedoch nicht, dass zusätzliche Neutronen einen Kern immer stabilisieren. Sowohl ein Überschuss als auch ein Mangel an Neutronen im Verhältnis zur Protonenzahl kann den Kern instabil machen.
Mit der Bindung der Nukleonen ist die Bindungsenergie verbunden: die Energie, die benötigt wird, um einen Kern in einzelne Protonen und Neutronen zu zerlegen. Die Masse des gebundenen Kerns ist kleiner als die Summe der Massen seiner freien Bestandteile. Diese Differenz entspricht gemäß E = mc² der Bindungsenergie.
Ist ein Nukleon ein Elementarteilchen?
Ein Nukleon ist kein Elementarteilchen, also kein Teilchen, bei dem keine innere Struktur bekannt ist. Protonen und Neutronen besitzen eine innere Struktur, die mithilfe von Quarks und Gluonen beschrieben wird. Gluonen vermitteln die starke Wechselwirkung zwischen den Quarks.
In der grundlegenden Beschreibung besitzt ein Proton drei Valenzquarks: zwei Up-Quarks und ein Down-Quark. Ein Neutron besitzt ein Up-Quark und zwei Down-Quarks. Diese vereinfachte Beschreibung reicht aus, um den Unterschied ihrer Ladungen zu erklären, auch wenn die vollständige Struktur eines Nukleons komplexer ist.
Wenn du eine Aufgabe zur Nukleonenzahl löst, suche zunächst nach der Massenzahl A. Ist nur das Elementsymbol angegeben, ohne ein bestimmtes Isotop zu nennen, lässt sich die genaue Anzahl der Nukleonen in der Regel nicht bestimmen.
Siehe auch: Was ist BGP?
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